(57)【要約】      （修正有）【課題】カム室にカムシャフトの回転角度を検出する構造を収容する空間を追加する必要がないマシニングセンターマシンの刃物の自動交換システムを提供する。【解決手段】マシニングセンターマシンの刃物の自動交換システムは、カム室１０と、出力軸２０と、ドライブアセンブリ３０と、角度検出ユニット４０と、プログラマブル論理コントローラーとを含み、角度検出ユニットは、磁石及び磁気角度センサーを含み、磁石がカムシャフトの一方の端面にカムシャフトの回動に従って回転するように配置されており、磁気角度センサーがカム室に固定され、非接触方式で磁石の磁力線の回転角度を検出して対応する信号を生成し、プログラマブル論理コントローラーは、磁気角度センサーにより生成された信号を受信し、該信号に応じてマシニングセンターマシンの機械のシステムおよび電気のシステムを制御して、刃物交換の動作を実行する。【選択図】図２
0003228774.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
カム室と、出力軸と、ドライブアセンブリと、角度検出ユニットと、プログラマブル論理コントローラーとを含むマシニングセンターマシンの刃物の自動交換システムにおいて、
前記出力軸は回動可能かつ直線移動可能に前記カム室を挿入し、一端が前記カム室の外に位置するとともに交換アームに連結されており、
前記ドライブアセンブリは、カムシャフト及び連動機構を含み、前記カムシャフトが元の位置で回動可能に前記カム室を挿入し、回動しているカムシャフトが前記連動機構を介して前記出力軸を回動かつ直線移動させるように配置されており、
前記角度検出ユニットは、磁石及び磁気角度センサーを含み、前記磁石が前記カムシャフトの一方の端面に前記カムシャフトの回動に従って回転するように配置されており、前記磁気角度センサーが前記カム室に固定され、非接触方式で前記磁石の磁力線の回転角度を検出して対応する信号を生成し、
前記プログラマブル論理コントローラーは、前記磁気角度センサーにより生成された信号を受信し、受信した信号により前記マシニングセンターマシンの機械のシステムおよび電気のシステムを制御して、刃物交換の動作を実行するように配置されている
マシニングセンターマシンの刃物の自動交換システム。
【請求項２】
前記カムシャフトは軸線を回動中心とし、前記磁石のＮ極及びＳ極は、それぞれ前記軸線を通過する仮想平面の両側に配置されている
請求項１に記載のマシニングセンターマシンの刃物の自動交換システム。
【請求項３】
前記磁石は、Ｎ極の一部及びＳ極の一部を含む被誘導面を有し、前記磁気角度センサーは、前記被誘導面に平行する誘導面を有する
請求項１または２に記載のマシニングセンターマシンの刃物の自動交換システム。
【請求項４】
前記誘導面と前記被誘導面との間の距離は、０．５ｍｍ〜１．５ｍｍである
請求項３に記載のマシニングセンターマシンの刃物の自動交換システム。
【請求項５】
前記カムシャフトは、端面から凹んだ座ぐり孔を有し、前記磁石が前記カムシャフトに対して回動不能に前記座ぐり孔に配置されており、前記被誘導面が前記磁気角度センサーの誘導面に対向するように配置されている
請求項３に記載のマシニングセンターマシンの刃物の自動交換システム。
【請求項６】
前記角度検出ユニットは前記カムシャフトに対して回動不能に前記座ぐり孔に配置された絶縁リングを含み、前記絶縁リングは凹部を有し、前記磁石が前記絶縁リングに対して回動不能に前記凹部に配置されている
請求項５に記載のマシニングセンターマシンの刃物の自動交換システム。
【請求項７】
前記磁気角度センサーは、前記誘導面と背向するとともに、前記カム室の外表面から突出しない取付面を有する
請求項３に記載のマシニングセンターマシンの刃物の自動交換システム。
【請求項８】
前記カム室は、筐体及び位置決めリングを含み、前記筐体が外表面から凹んだ凹入部を有し、前記位置決めリングが前記筐体に結合されるとともに前記凹入部に位置しており、前記磁気角度センサーが前記位置決めリングに固定され前記誘導面が前記被誘導面に対向するように配置されている。
請求項７に記載のマシニングセンターマシンの刃物の自動交換システム。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、マシニングセンターマシンに関し、特にマシニングセンターマシンの刃物の自動交換システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
マシニングセンターマシンは、主に高精度金属部品の加工に使用され、主軸台、刃物の自動交換システム及び刃物マガジンを含む。主軸台の主軸（ｓｐｉｎｄｌｅ）の一端に取り付けられた刃物と刃物マガジンにおける１つの刃物とを交換するために、刃物の自動交換システムが主軸台と刃物マガジンとの間に配置される。既存の刃物の自動交換システムは、モータによりカムシャフトとカムとを同期に回動させ、回動しているカムが出力軸を回転させるとともに、カムがロッカーアームの連動によって当該出力軸を直線移動させ、これによって、交換アームを、回転して刃物を係止するステップ、刃物を解除して下降するステップ、回転して刃物を交換するステップ、上昇して刃物を挟むステップ及び回転し元の位置に戻すステップなどの刃物を交換するステップを実行させる。
【０００３】
上述の刃物交換作業において、モータの起動または停止、主軸の刃物に対する解除動作または挟み動作は、いずれも、カムシャフトを回動するタイミングと密接に関係する。既存のタイミングは、以下のように生成される。刃物の自動交換システムのカム室の１つの側面に前記カムシャフトと同期に回動できる信号カムを取り付け、複数の近接スイッチは、前記信号カムの回動情報を検出して前記カムシャフトに対応する回転角度信号に変換する。そして、前記回転角度信号は、プログラマブル論理コントローラー（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ、ＰＬＣ）により受信され、モータの起動または停止、主軸の刃物に対する解除動作または挟み動作を制御するための根拠とする。しかし、上述の信号カム、近接スイッチ及び関連部材を取り付けるように、カム室は上記の部材を収納するためのより大きな空間を追加しなければならない。このようにして、コストが増加するだけでなく、刃物の自動交換システムの体積も増加する。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
これに鑑みて、本考案は、カム室にカムシャフトの回転角度を検出する構造を収容する空間を追加する必要がないマシニングセンターマシンの刃物の自動交換システムを提供する目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本考案のマシニングセンターマシンの刃物の自動交換システムは、カム室と、出力軸と、ドライブアセンブリと、角度検出ユニットと、プログラマブル論理コントローラーとを含み、出力軸は回動可能かつ直線移動可能に前記カム室を挿入し、一端が前記カム室の外に位置するとともに交換アームに連結されており、ドライブアセンブリは、カムシャフト及び連動機構を含み、前記カムシャフトが元の位置で回動可能に前記カム室を挿入し、回動しているカムシャフトが前記連動機構を介して前記出力軸を回動かつ直線移動させるように配置されており、角度検出ユニットは、磁石及び磁気角度センサーを含み、前記磁石が前記カムシャフトの一方の端面に前記カムシャフトの回動に従って回転するように配置されており、前記磁気角度センサーが前記カム室に固定され、非接触方式で前記磁石の磁力線の回転角度を検出して対応する信号を生成し、プログラマブル論理コントローラーは、前記磁気角度センサーにより生成された信号を受信し、受信した信号により前記マシニングセンターマシンの機械のシステムおよび電気のシステムを制御して、刃物交換の動作を実行するように配置されている。
【考案の効果】
【０００６】
磁気誘導手段を利用してカムシャフトの回転角度を検出することができ、刃物の自動交換システムの体積を占めない。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本考案の好ましい実施形態に係わるマシニングセンターマシンの刃物の自動交換システムの斜視図である。
【図２】図１の正面視である。
【図３】図２の３−３方向に沿う断面図である。
【図４】図２の４−４方向に沿う断面図である。
【図５】図４におけるＡ部位の部分拡大図である。
【図６】本考案の好ましい実施形態に係わる刃物の自動交換システムの一部の部材の分解図である。
【図７】図６においてカムシャフトと磁石との配置関係を示す斜視図である。
【図８】図６において磁石と角度検出ユニットとの配置関係を示す図である。
【図９（Ａ）】図６において磁石の磁力線の変化様子を示す図である。
【図９（Ｂ）】図６において磁石の磁力線の変化様子を示す図である。
【考案を実施するための形態】
【０００８】
本考案をより明確に説明するために、好ましい実施形態を図面を参照して以下に詳細に説明する。本考案の好ましい実施形態に係わるマシニングセンターマシン刃物の自動交換システムは、主軸台の主軸（ｓｐｉｎｄｌｅ）の一端に取り付けられた刃物と刃物マガジンにおける１つの刃物とを交換するために、主軸台と刃物マガジンとの間に配置されている。前記主軸台及び刃物マガジンは既存の技術であるため、ここでは説明を省略して、図面にも示されない。
【０００９】
図１〜図６を参照すると、本実施形態に係わる刃物の自動交換システム１００は、カム室１０と、出力軸２０と、ドライブアセンブリ３０と、角度検出ユニット４０と、プログラマブル論理コントローラー５０とを含む。以下に前記部材をそれぞれを説明する。
【００１０】
前記カム室１０は、互いに結合して収容空間を形成する筐体１１及び側面ケーシング１２と、第１カラー１３と、第２カラー１４と、位置決めリング１５とを備える。筐体１１が一側の外表面から凹んだ凹入部１１ａを有し、第１カラー１３が前記筐体１１に結合され、第２カラー１４が前記側面ケーシング１２に結合され、軸受１６が第１カラー１３及び第２カラー１４に挿入されている。前記位置決めリング１５が前記第１カラー１３に結合されるとともに前記凹入部１１ａに位置しており、位置決めリング１５は複数のねじ穴１５ａを有する。
【００１１】
前記出力軸２０が、カム室１０を立設して挿入し、回動及び直線移動できるように操作される。出力軸２０の一端がカム室１０を通過して交換アーム（図示せず）に連結される。交換アームの両端は、それぞれ主軸の一端の刃物及び刃物マガジンにおける１つの刃物を挟むために用いられる。交換アームは、出力軸２０の回動及び直線移動にしたがって、回転して刃物を係止するステップ、刃物を解除して下降するステップ、回転して刃物を交換するステップ、上昇して刃物を挟むステップ及び回転し元の位置に戻すステップなどの刃物を交換するステップを実行させる。
【００１２】
前記ドライブアセンブリ３０は、回動及び直線移動をさせるように出力軸２０を駆動する。本実施形態のドライブアセンブリ３０は、カムシャフト３１と、モータ３２と、連動機構とを含む。カムシャフト３１の両端がそれぞれ対応する軸受１６を貫通して、カムシャフト３１が軸線Ｌを回動中心として元の位置で回動可能に横方向にカム室１０を挿入する。モータ３２が筐体１１の上面に固定され、傘歯車機構を介してカムシャフト３１を回動させる。前記傘歯車機構は、モータ３２の動力出力軸３２ａの一端に連結された小傘歯車３３と、カムシャフト３１により挿入された大傘歯車３４とを含む。小傘歯車３３は大傘歯車３４と噛み合うように配置されている。連動機構は、カム３５を含む。カムシャフト３１がカム３５を挿入するとともに、カム３５を同期に回動させる。ローラーを含むタレットを、カム３５と出力軸２０との間に配置することで、カム３５が回動すると、出力軸２０を回動させる。ロッカーアームを、カム３５と出力軸２０との間に配置することで、カム３５が回動すると、出力軸２０を直線移動させる。タレット及びロッカーアームは既存の技術であるため、ここでは説明を省略して、図面にも示されない。
【００１３】
図６〜図８を参照すると、カムシャフト３１は、一方の端面から凹んで円形の座ぐり孔３１ａが形成される。前記角度検出ユニット４０は、絶縁リング４１、磁石４２及び磁気角度センサー（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ａｎｇｌｅ  ｓｅｎｓｏｒ、ＭＡＳ）４３を含む。絶縁リング４１が前記カムシャフト３１に対して回動不能に前記座ぐり孔３１ａに配置されている。絶縁リング４１は凹部４１ａを有する。磁石４２が前記絶縁リング４１に対して回動不能に前記凹部４１ａに配置されている。これによって、回動しているカムシャフト３１は、磁石４２を一緒に回転させる。なお、本実施形態の磁石４２は、円盤状の永久磁石であり、そのＮ極４２ａ及びＳ極４２ｂが径方向に対向する両側に配置されている。図７に示すように、前記軸線Ｌを通過するとともに、カムシャフト３１と同期に回動する仮想平面ＶＰが定義され、組み立てられた磁石４２のＮ極４２ａ及びＳ極４２ｂは、それぞれ仮想平面ＶＰの両側に位置する。また、磁石４２の、外部に露出する面が被誘導面４２Ａであると定義され、当該被誘導面４２ＡがＮ極４２ａの一部及びＳ極４２ｂの一部を含む。
【００１４】
前記磁気角度センサー４３は、集積回路（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ、ＩＣ）を含み、前記カム室１０に固定されている。磁気角度センサー４３が非接触方式で前記磁石４２の磁力線ＭＬの、当該磁気角度センサー４３に対する回転角度を検出し識別し、検出され識別された回転角度に応じて対応の信号を生成する。前記回動角度とは磁石４２の回動によるＮ極４２ａとＳ極４２ｂとの位置変化に応じて磁力線ＭＬが変化することを指す。図９（Ａ）に示した磁石４２の磁力線ＭＬの回転角度が０度である場合、図９（Ｂ）に示したように、磁石４２が９０度回動すると、磁力線ＭＬの回転角度が９０度である。本実施形態の磁気角度センサー４３は背向する取付面４３ａと誘導面４３ｂとを有する。前記取付面４３ａは、複数の窪み部４３ｃを有し、複数のボルト４４がそれぞれ押し片４５を貫通して位置決めリング１５の対応するねじ穴１５ａにロックされ、押し片４５は、一部が位置決めリング１５の表面に押し付けられ、他の部分が前記窪み部４３ｃに押し付けられる。これによって、前記磁気角度センサー４３が、迅速に着脱可能に前記カム室１０に固定され、しかも、組み立てられた磁気角度センサー４３の取付面４３ａが前記カム室１０の筐体１１の外表面から突出しない。同時に、磁気角度センサー４３の誘導面４３ｂが磁石４２の被誘導面４２Ａに対向している。また、磁気角度センサー４３が磁石４２の磁力線ＭＬの回転角度の変化を効果的かつ正確に誘導できることを確保するために、当該磁気角度センサー４３の誘導面４３ｂは、磁石４２の被誘導面４２Ａと平行にすることが好ましく、誘導面４３ｂと被誘導面４２Ａとの距離を０．５ｍｍ〜１．５ｍｍにすることが、さらには１ｍｍにすることが好ましい。また、金属製のカムシャフト３１が磁石４２の磁力線ＭＬの分布や干渉誘導状況に影響を与えないように、当該絶縁リング４１は、絶縁性を有するＰＯＭプラスチック鋼（Ｐｏｌｙａｃｅｔａｌ）からなる。
【００１５】
前記プログラマブル論理コントローラー５０は、ボックスに配置され、前記磁気角度センサー４３と接続しているワイヤー４６を介して前記磁気角度センサー４３より生成された信号を受信し、受信した信号によりマシニングセンターマシンの機械のシステムおよび電気のシステムを制御して、刃物交換の動作を実行し、例えば、当該モータ３２の起動または停止を制御するか、またはスピンド主軸台の主軸（ｓｐｉｎｄｌｅ）の一端で刃物の解除や挟みを制御する。
【００１６】
本考案の好ましい実施形態に係わる刃物の自動交換システム１００の構成についての説明からわかるように、前記プログラマブル論理コントローラー５０により受信された信号は、カムシャフト３１の回動角度により生成される。また、当該回動角度は、交換アームの回転して刃物を係止するステップ、刃物を解除して下降するステップ、回転して刃物を交換するステップ、上昇して刃物を挟むステップ及び回転し元の位置に戻すステップなどの刃物を交換するタイミングと密接に関係するため、角度検出ユニット４０をカムシャフト３１の近くに配置し、磁気誘導手段を利用してカムシャフト３１の回転角度を検出することができる。これによって、最も正確でリアルタイムの回動角度を取得でき、しかも、カム室にカムシャフトの回転角度を検出する信号カムや近接スイッチなどの構造を収容する空間を追加する必要がないため、刃物の自動交換システムの体積を占めないという目的を達成できる。
【００１７】
上記の説明において、角度検出ユニット４０によれば、磁石４２をカムシャフト３１の一方の端面に取り付け、磁気角度センサー４３をカム室１０の筐体１１の、磁石４２に近接する箇所に取り付ける。他の実施形態では、磁石４２をカムシャフト３１の他方の端面に取り付け、磁気角度センサー４３をカム室１０の側面ケーシング１２の、磁石４２に近接する箇所に取り付けてもよい。このような構造が同じ目的を達成できる。
【００１８】
上記の実施形態に係わるドライブアセンブリによれば、モータはカムとカムシャフトとを同期に回動させるように駆動するための動力源として利用するが、カム及びカムシャフトを備え、角度検出ユニットの磁石と磁気角度センサーとがそれぞれカムシャフトとカム室に取り付けられたドライブアセンブリにおいて、他の動力源を選択してもよい。例えば、本出願人が取得した台湾特許第Ｉ６４４７５９号の「工作機械の刃物の自動交換システム」では、界磁が電機子コイル群に対応する手段を動力源とすると開示されている。
【００１９】
上述したものは本考案の好ましい実施形態に過ぎず、本考案の明細書及び特許請求の範囲の均等な変化はすべて、本考案の特許請求の範囲内に含まれるべきである。
【符号の説明】
【００２０】
［本考案］
１００：刃物の自動交換システム
１０：カム室
１１：筐体
１１ａ：凹入部
１２：側面ケーシング
１３：第１カラー
１４：第２カラー
１５：位置決めリング
１５ａ：ねじ穴
１６：軸受
２０：出力軸
３０：ドライブアセンブリ
３１：カムシャフト
３１ａ：座ぐり孔
３２：モータ
３２ａ：動力出力軸
３３：小傘歯車
３４：大傘歯車
３５：カム
４０：角度検出ユニット
４１：絶縁リング
４１ａ：凹部
４２：磁石
４２Ａ：被誘導面
４２ａ：Ｎ極
４２ｂ：Ｓ極
４３：磁気角度センサー
４３ａ：取付面
４３ｂ：誘導面
４３ｃ：窪み部
４４：ボルト
４５：押し片
４６：ワイヤー
５０：プログラマブル論理コントローラー
Ｌ：軸線
ＭＬ：磁力線
ＶＰ：仮想平面
【図１】
0003228774.tif 000003
【図２】
0003228774.tif 000004
【図３】
0003228774.tif 000005
【図４】
0003228774.tif 000006
【図５】
0003228774.tif 000007
【図６】
0003228774.tif 000008
【図７】
0003228774.tif 000009
【図８】
0003228774.tif 000010
【図９（Ａ）】
0003228774.tif 000011
【図９（Ｂ）】
0003228774.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】令和2年8月4日(2020.8.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】請求項８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項８】
前記カム室は、筐体及び位置決めリングを含み、前記筐体が外表面から凹んだ凹入部を有し、前記位置決めリングが前記筐体に結合されるとともに前記凹入部に位置しており、前記磁気角度センサーが前記位置決めリングに固定され前記誘導面が前記被誘導面に対向するように配置されている
請求項７に記載のマシニングセンターマシンの刃物の自動交換システム。